种植手机及牙科种植手术机器人及种植手机机头调节方法与流程

1.本发明涉及牙科医疗器械技术领域，特别是涉及种植手机及牙科种植手术机器人及种植手机机头调节方法。


背景技术：

2.随着医疗美容技术的不断发展，目前通过种植人工牙，可以获得与天然牙功能、结构以及美观效果十分相似的修复效果，因此受到广大消费者的欢迎和推崇。
3.然而目前牙科种植手术中使用的种植手机，其种植手机机头通常与种植手机的角度固定，使得种植手机机头操作不甚灵活，导致目前牙科种植手术中，针对槽牙尤其是后槽牙牙位的且被邻牙阻挡的槽牙进行备洞尤为困难。手术时，不仅需要患者对其手术姿态进行调整以配合医生进行手术，还需要医生对握持种植手机的姿势进行较大的变形。在某些情况下，种植手机机头的钻头需要替换为长度加长的钻头，由于种植手机机头位置固定，这就进一步导致医生操作出现变形，从而对手术的效果造成不利影响。
4.为了解决这个问题，现有部分种植手机在机身内部设置有与种植手机机头相连的摆臂，通过摆臂的摆动以实现种植手机机头相对种植手机夹角的变化，以增加种植手机机头的灵活性。然而现有技术方案对种植手机机头的角度调节动作还是过于僵硬，自由度较低，难以在手术中加以使用。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有技术中种植手机机头使用不灵活的问题，提供一种种植手机及牙科种植手术机器人及种植手机机头调节方法。
6.本发明一方面公开了一种种植手机，能够被驱动装置驱动，包括种植手机机身和设置在所述种植手机机身一端的种植手机机头，所述种植手机还包括设置在所述种植手机机身与所述种植手机机头之间的调节装置，所述调节装置被配置为用于调节所述种植手机机身和所述种植手机机头之间的夹角。
7.在其中一个实施例中，所述调节装置包括第一角度调节齿轮和第二角度调节齿轮，所述第一角度调节齿轮与所述第二角度调节齿轮相啮合，所述第二角度调节齿轮与所述种植手机机头固定连接,所述第一调节齿轮与驱动装置驱动连接。
8.在其中一个实施例中，种植手机还包括主动齿轮、被动齿轮、第一传动轮以及蜗杆，所述主动齿轮用于驱动所述第一传动轮，所述蜗杆与所述第一传动轮同轴固定连接，所述蜗杆与所述被动齿轮相啮合，所述蜗杆的轴线与所述第二角度调节齿轮的旋转轴线平行。
9.在其中一个实施例中，种植手机还包括第二传动轮和第三传动齿轮，所述第三传动齿轮与所述主动齿轮啮合，所述第二传动轮与所述第三传动齿轮同轴转动，所述第二传动轮用于驱动所述第一传动轮。
10.在其中一个实施例中，所述第三传动齿轮与所述第二传动轮之间设置有连接轴，
所述第二角度调节齿轮套设在所述连接轴上，并位于所述第三传动齿轮与所述第二传动轮之间。
11.在其中一个实施例中，种植手机还包括相互平行的第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴和所述第二传动轴的其中同一侧端部分别设置有主动齿轮和第一角度调节齿轮，其二者另一同侧端部分别与驱动装置驱动连接。
12.在其中一个实施例中，种植手机还包括离合器，所述驱动装置与所述第一传动轴始终连接，所述驱动装置通过所述离合器与所述第二传动轴连接。
13.在其中一个实施例中，所述种植手机机头包括机头壳体，所述被动齿轮设置于所述机头壳体内，所述被动齿轮用于驱动钻头，所述机头壳体对应所述钻头设置有钻头固定夹。
14.在其中一个实施例中，所述钻头固定夹包括伸缩套以及挤压件；所述伸缩套侧壁上设置有伸缩缝，所述伸缩套的小径端设置有限位法兰，所述限位法兰可沿其径向伸缩；所述挤压件上设有用于将所述伸缩套撑开的顶芯。
15.在其中一个实施例中，所述伸缩套内腔为锥孔，所述顶芯为与所述伸缩套内腔相匹配的锥体，且其锥度大于所述伸缩套内腔的锥度。
16.本发明第二方面公开了一种牙科种植手术机器人，包括机械臂和前述任一所述的种植手机，所述种植手机连接在所述机械臂的末端。
17.本发明第三方面公开了一种前述种植手机的种植手机机头的调节方法，包括以下步骤：
18.调节并确认种植手机机头为直杆状态；
19.将钻头安装在种植手机机头上；
20.根据确定的目标位置，将种植手机机头引导至所述目标位置；
21.开启示教模式，调整种植手机机头角度及机械臂姿态直至期望状态；
22.调节、确定并锁定口腔模具内的目标位置需求的种植手机机头角度；
23.储存示教过程中的角度、姿态、路径参数中的至少一种信息，供使用种植手机时调用。
24.有益效果
25.本发明的所述种植手机，通过在种植手机机身与种植手机机头之间设置调节装置，种植手机机头的角度调节灵活程度相比现有技术得到大幅提高，能够充分适应不同的操作姿态和打孔角度需求。不仅如此，由于调节装置设置在种植手机机头处，这就使得种植手机机头的角度变化相比现有技术中摆臂的操作方案更为直观，更加符合用户的操作直觉。
26.本发明的所述牙科种植手术机器人，通过使用本发明所述的种植手机，配合机械臂示教系统，可以自动地对机头角度进行调节，不仅节省了调整的时间，降低调整的难度，还可准确控制种植手机机头为最佳机头角度，从而为种植的自动化提供基础，进而提高种植的安全性和便利性。
附图说明
27.图1为本发明一实施例中的所述种植手机的示意图；
28.图2为本发明一实施例中的所述种植手机的剖视图；
29.图3为本发明一实施例中的所述种植手机的调节装置的示意图；
30.图4为本发明另一实施例中的所述种植手机的调节装置的示意图；
31.图5为本发明另一实施例中的所述种植手机的调节装置的示意图；
32.图6为本发明另一实施例中的所述种植手机的调节装置的示意图；
33.图7为本发明另一实施例中的所述种植手机的调节装置的示意图；
34.图8为本发明另一实施例中的所述种植手机的剖视图；
35.图9为本发明一实施例中的所述种植手机的种植手机机头的剖视图；
36.图10为本发明一实施例中的所述种植手机的伸缩套的示意图；
37.图11为本发明一实施例中的所述种植手机的挤压件的示意图；
38.图12为本发明一实施例中的种植手机机头调节方法的流程图；
39.其中，1为种植手机机头，11为机头壳体，12为伸缩套，13为挤压件，14为伸缩缝，15为限位法兰，16为顶芯，2为调节装置，3为钻头，31为限位槽，110为主动齿轮，111为蜗杆，112为第一传动轮，113为第二传动轮，114为第三传动齿轮，120为第一角度调节齿轮，121为第二角度调节齿轮，130为被动齿轮，210为第一传动轴，220为第二传动轴，230为离合器，240为输出轴，241为第一输出齿轮，242为第二输出齿轮。
具体实施方式
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
45.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
46.参阅图1、图2，如图1所示为本发明所述的种植手机，如图2所示为种植手机长度方向的剖视图，所述种植手机包括种植手机机头1和种植手机机身，所述种植手机机头1设置在所述种植手机机身的一端，所述种植手机机头1上可以设置钻头。如图2所示，所述种植手机机身与所述种植手机机头1之间还设置有调节装置2，所述调节装置2被配置为可以调节所述种植手机机身与种植手机机头1之间的夹角。
47.通过在种植手机机身与种植手机机头之间设置调节装置，种植手机机头的角度调节灵活程度相比现有技术得到大幅提高，能够充分适应不同的操作姿态和打孔角度需求。不仅如此，由于调节装置设置在种植手机机头处，这就使得种植手机机头的角度变化相比现有技术中摆臂的操作方案更为直观，更加符合用户的操作直觉。
48.具体来说，在如图3所示的部分实施例中，所述调节装置2包括第一角度调节齿轮120以及第二角度调节齿轮121，所述第一角度调节齿轮120与所述第二角度调节齿轮121相啮合，所述第一角度调节齿轮120被外部的驱动装置驱动旋转，所述第二角度调节齿轮121与所述种植手机机头1固定连接。
49.本发明的所述种植手机，通过设置在所述种植手机机身的端部设置与所述种植手机机头连接的调节装置2，使得所述种植手机机头1相对种植手机长度方向的夹角(即机头角度)可以调节。相比现有技术在机身中设置摆臂的方式，大幅提高了种植手机机头1的操作灵活性，有助于医生在狭窄空间中以合适的角度进行备洞。除此以外，由于本发明的所述调节装置2使用了齿轮传动，而所述第一角度调节齿轮120、第二角度调节齿轮121的减速比不变，因此本领域技术人员可以充分利用齿轮传动的高精确性的特点，通过控制第一角度调节齿轮120的转动角度，实现机头角度的精确定量控制。不仅如此，由于本发明的所述种植手机能够被精确控制，因此其能够应用于机器人，进一步实现种植手机的自动化控制，有助于牙科种植手术智能化的实现。
50.其中优选的，如图3所示，所述第二角度调节齿轮121的旋转轴与所述种植手机的长度方向相垂直。如此设置，所述种植手机机头1的旋转轴与所述种植手机的长度方向相垂直，有助于本领域技术人员对所述种植手机机头1和所述种植手机机身之间夹角实现精确控制，并且能够精确掌握所述种植手机机头1的运动中位置。
51.为了驱动所述种植手机机头1中的钻头，本发明的所述种植手机还包括主动齿轮110和被动齿轮130，所述主动齿轮110与驱动装置驱动连接，所述主动齿轮110与所述被动齿轮130传动连接，所述被动齿轮130能够驱动所述钻头。
52.可以理解的，本发明对于所述主动齿轮110和被动齿轮130之间的传动连接具体方式并不加以限定。举例来说，在如图3所示的实施例中，本发明的所述种植手机还包括第一传动轮112以及蜗杆111，所述主动齿轮110能够驱动所述第一传动轮112，所述蜗杆111与所
述第一传动轮112同轴固定连接，所述蜗杆111与所述被动齿轮130相啮合，所述蜗杆111的轴线与所述第二角度调节齿轮121的旋转轴线平行。
53.如此设置，当主动齿轮110启动，驱动所述第一传动轮112旋转，所述第一传动轮112带动所述蜗杆111同步旋转。根据蜗杆齿轮传动的运动特点，所述被动齿轮130的旋转轴与所述蜗杆111的轴线垂直，而所述蜗杆111的轴线与所述第二角度调节齿轮121的旋转轴线平行，这就意味着所述被动齿轮130的旋转轴平行于所述种植手机机头1的旋转平面内，从而可以实现钻头相对种植手机长度方向的夹角调节。
54.进一步地，在如图3所示的实施例中，本发明的种植手机还包括第二传动轮113和第三传动齿轮114，所述第三传动齿轮114与所述主动齿轮110啮合，所述第二传动轮113与所述第三传动齿轮114同轴转动，所述第二传动轮113驱动所述第一传动轮112。
55.需要指出的是，本发明对于所述第一传动轮112和所述第二传动轮113之间的驱动方式并不加以限定。在某些实施例中，如图3所示，所述第一传动轮112和所述第二传动轮113均为直齿轮，所述第一传动轮112和所述第二传动轮113之间为齿轮传动。又或者，在另一些实施例中，如图4所示，所述第一传动轮112和所述第二传动轮113均为同步轮，所述第一传动轮112和所述第二传动轮113之间为同步带传动。可以理解的，虽然前述实施例中，所述第一传动轮112和所述第二传动轮113均为直接驱动，这并不意味着所述第一传动轮112和所述第二传动轮113不能间接驱动。如图5所示，在该部分实施例中，所述第一传动轮112和所述第二传动轮113均为直齿轮，所述第一传动轮112和所述第二传动轮113之间还设置有同时与二者啮合的惰轮。
56.容易理解的，本发明对于所述主动齿轮110与所述第三传动齿轮114的具体形式也不加以具体限定。在如图3所示的实施例中，所述主动齿轮110与所述第三传动齿轮114均为锥齿轮。在如图6所示的部分实施例中，所述主动齿轮110与所述第三传动齿轮114均为锥面斜齿轮。而在如图7所示的部分实施例中，所述主动齿轮110与所述第三传动齿轮114均为锥面曲齿轮。
57.其中优选的，如图3所示，在某些实施例中，所述第三传动齿轮114与所述第二传动轮113之间设置有连接轴，所述第二角度调节齿轮121套设在所述连接轴上，并位于所述第三传动齿轮114与所述第二传动轮113之间。如此设置，可以进一步提高种植手机的集成度，降低种植手机机身端部的体积，减少种植手机伸入口腔后的空间占用，使得医生在实施手术时拥有更加良好的操作视野和操作空间。
58.具体来说，在如图8所示的部分实施例中，本发明的所述种植手机还包括相互平行的第一传动轴210和第二传动轴220，所述第一传动轴210和所述第二传动轴220的同一侧端部分别设置有主动齿轮110和第一角度调节齿轮120，其另一侧端部分别与驱动装置驱动连接。如此设置，便可以实现本发明的所述主动齿轮110和所述第一角度调节齿轮120的驱动。
59.其中优选的，如图8所示，本发明的所述种植手机还包括离合器230，所述驱动装置与所述第一传动轴210始终连接，所述驱动装置通过所述离合器230与所述第二传动轴220连接。如此设置，所述驱动装置始终驱动所述第一传动轴210运动，但可以通过控制离合器230的开断，实现第二传动轴220的启动或停止。
60.这就意味着本发明的所述种植手机，在保持主动齿轮110的始终转动，带动种植手机机头上的钻头始终转动的同时，若控制离合器230常开，那么所述第二传动轴220停止转
动，所述第一角度调节齿轮120也停止转动，所述种植手机机头1与所述种植手机长度的夹角将保持不变；若控制离合器230闭合，所述第二传动轴220被驱动装置驱动而发生旋转，带动所述第一角度调节齿轮120开始旋转，所述种植手机机头1与所述种植手机长度的夹角将发生改变。如此，医生可以自由地通过控制所述第二传动轴220的旋转与否，来决定是否要调节以及调节多少所述种植手机机头1与所述种植手机长度的夹角，增加了本发明的所述种植手机使用时的灵活性。不仅如此，通过引入离合器230设计，使得本发明的所述种植手机通过一个驱动装置即可实现驱动，简化了结构，降低了制造成本。
61.具体来说，在如图8所示的实施例中，本发明的所述驱动装置包括输出轴240，所述输出轴240上设置有第一输出齿轮241和第二输出齿轮242，所述第一输出齿轮241与所述第一传动轴210驱动连接，所述第二输出齿轮242通过所述离合器230与所述第二传动轴220连接。
62.可以理解的，本发明的所述种植手机对于所述驱动装置的具体形式并不加以具体限定。在某些实施例中，所述驱动装置可以为行星齿轮减速器和电机。所述电机将动力从行星齿轮减速器的太阳轮输入，所述行星齿轮减速器的行星架与输出轴240连接，将动力经过适当减速后输出。
63.其中优选的，在如图8所示的部分实施例中，所述第一传动轴210和所述第二传动轴220同轴设置，所述第一传动轴210穿设于所述第二传动轴220中。本发明的所述种植手机通过上述设置，可以进一步减少种植手机机身的尺寸。
64.如图9所示为图2中a部分的放大图。在图9所示的部分实施例中，本发明的所述种植手机的种植手机机头1包括机头壳体11，所述机头壳体11内设置有被动齿轮130，所述被动齿轮130在其轴线位置开设有通孔，所述通孔内可以设置钻头3，所述钻头3与所述被动齿轮130同步转动。所述机头壳体11对应所述被动齿轮130的通孔设置有钻头固定夹，所述钻头固定夹能够将所述钻头3夹住。
65.具体来说，如图9所示，所述钻头3上设置有环形的限位槽31，所述钻头固定夹包括伸缩套12以及挤压件13。所述伸缩套12侧壁上设置有伸缩缝14，所述伸缩套12的小径端设置有限位法兰15，通过调整伸缩缝14的宽度，可以使所述限位法兰15可沿其径向伸缩。具体来说，所述限位法兰15的原始内径大于所述限位槽31的半径而小于所述钻头3的半径，所述限位法兰15被撑开时的内径大于所述钻头3的半径。所述挤压件13上设置有用于将所述伸缩套12撑开的顶芯16。在如图10、图11所述的实施例中，所述伸缩套12内腔为锥孔，所述顶芯16为与所述伸缩套12内腔相匹配的锥形结构，且其锥度略大于所述伸缩套12内腔的锥度。
66.如此设置，当需要将所述钻头3固定于所述种植手机机头1中时，将挤压件13按压入所述伸缩套12中，由于所述顶芯16的锥度略大于所述伸缩套12内腔的锥度，在所述伸缩缝14的帮助下，所述伸缩套12的内腔被撑开，所述限位法兰15的半径增加而大于所述钻头3的半径，所述钻头3即从图9中的下方向上穿过所述限位法兰15。此时停止按压所述挤压件13，所述伸缩套12在其自身弹力作用下发生收缩，所述限位法兰15的半径恢复至原始半径，因此所述限位法兰15可以卡在所述钻头3上的限位槽31中，从而将所述钻头3加以锁定。反之，当需要将所述钻头3从所述伸缩套12取出时，将前述步骤反过来操作即可。
67.本发明另一方面公开了一种牙科种植手术机器人，包括机械臂和前述任一所述的
种植手机，所述种植手机连接在所述机械臂的末端。
68.本发明另一方面还公开了一种前述任一所述的种植手机的种植手机机头的调节方法，在部分实施例中，如图12所示，包括以下步骤：
69.第一步，查看机头姿态确认种植手机机头是否处于直杆状态(即被动齿轮的轴线与手柄轴线成90
°
)；
70.第二步，将驱动装置与所述种植手机相连；
71.第三步，启动驱动装置，将种植手机机头通过调节装置2调整至直杆状态；通过将种植手机机头调整为直杆状态，有利于种植手机机头进入口腔模具，并且该状态是种植手机机头的中性状态，即随时可往锐角或钝角方向调整，利于提高调整效率；
72.第四步，将钻头安装在种植手机机头上,具体来说，即将挤压件按压入伸缩套中，将钻头穿过所述伸缩套的限位法兰，松开挤压件，使所述限位法兰卡在所述钻头的限位槽中；
73.第五步，完成打孔位置规划，确定目标位置。具体来说，除了给出口腔模具中具体的打孔位置，还要限定自动调整的范围，该范围为虚拟墙建立的安全动作空间，避免碰撞口腔模具内组织和牙齿等。通过在口腔模具中进行安全测试和调节，能够提高在患者口腔内种植时的安全性；
74.第六步，将机械臂调整至自由拖拽模式，将种植手机机头拖拽引导放入口腔模具中并引导至目标位置；具体来说，拖拽过程需查看导航屏幕界面，初步调整钻头尖点至口腔模具中的打孔规划位置自动调整范围；
75.第七步，机械臂开启示教模式，医生握持手机拖拽机械臂并与设备操作助理交互，调整种植手机机头角度及机械臂姿态直至期望状态，例如握持舒适状态；
76.第八步，医生调节并确定口腔模具内目标位置需求的种植手机机头角度；具体来说，调整过程机械臂处于悬停控制状态，即保持钻头尖点位置不动，调整种植手机机头角度及机械臂姿态；
77.第九步，机械臂将种植手机机头当前角度进行锁定；具体来说，通过离合器断开与第二传动轴的连接，锁定当前种植手机机头角度；
78.第十步，将种植手机机头拖拽引导至口腔模具外安全区域；
79.第十一步，机械臂储存示教过程中的角度、姿态、路径参数中的至少一种信息，作为后续机械臂自动调整的模板，可以重复调用该状态。
80.本发明的所述牙科种植手术机器人，通过使用本发明所述的种植手机，配合机械臂示教系统和口腔模具，可以自动地对机头角度进行调节，不仅节省了调整的时间，降低调整的难度，还可准确控制种植手机机头为最佳机头角度，从而为种植的自动化提供基础，进而提高在患者口腔内种植的安全性和便利性。
81.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
82.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护
范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。